Systems and Infrastructure

Systems and Infrastructure

시스템 및 인프라는 데이터센터, 서버, 네트워크, 스토리지, 운영체제, 가상화, 컨테이너, 클라우드, 모니터링, 보안 등 IT 서비스의 기술적 기반을 포괄한다. 물리·가상 자원과 소프트웨어 플랫폼을 조합해 확장 가능하며, 자동화·IaC·신뢰성·장애 대응·보안 중심 관리를 수행한다. 주요 목표는 안정성, 성능, 효율, 보안, 지속적 운영을 보장하는 것이다.

핵심 개념

실무 구현 요소

배경

시스템과 인프라스트럭처는 메인프레임 시대의 중앙집중식 컴퓨팅에서 시작되어 클라이언트 - 서버 모델, 웹 기반 아키텍처, 클라우드 컴퓨팅, 마이크로서비스까지 진화했다. 특히 2000 년대 이후 가상화 기술, 2010 년대 클라우드 서비스, 2020 년대 컨테이너와 서버리스 컴퓨팅의 발전이 현재의 복잡하고 유연한 인프라스트럭처 환경을 형성했다.

목적 및 필요성

1. 신뢰성 보장
   • 높은 가용성·내결함성을 확보해 서비스 연속성 유지
2. 성능 및 확장성 확보
   • 오토스케일링, 로드 밸런싱을 통해 수요 급증 대응
3. 효율적인 자원 관리
   • 가상화 및 컨테이너화, IaC 기반 최적화로 TCO 절감
4. 운영 및 보안 관리
   • 모니터링, 로그, IDS/IPS, 물리/네트워크 보안 통한 위험 관리
5. 자동화 및 DevOps 지원
   • 인프라 코드화 및 CI/CD 연동으로 신속하고 일관된 배포 · 유지

주요 기능 및 역할

특징

• 계층화된 구조 (Layered Architecture)
  물리 → 가상화 → 플랫폼 → 애플리케이션 계층 등으로 구성됨
• 자동화 중심 (Automation-driven)
  IaC 로 환경 재현성과 교차팀 협업 지원;
• 탄력성과 확장성 (Elasticity)
  사용량에 따른 동적 스케일 자동 조정
• 신뢰성 및 내결함성 (Resilience)
  복제, 장애 격리, 재해복구 기능 내장
• 보안 주도 설계 (Security-by-Design)
  네트워크·물리·액세스 레벨 통합 보안
• 관찰성 강화 (Observability)
  실시간 모니터링·알람·로그·트레이싱 중심 운영
• 유연성 (Hybrid Multicloud)
  온프레·클라우드·에지 조합 및 마이그레이션 환경 지원

핵심 원리

1. 확장성 (Scalability)
   시스템이 증가하는 부하를 처리할 수 있어야 하며, 수평적 (Scale‑Out), 수직적 (Scale‑Up) 스케일 모두 고려되어야 한다. → 로드 밸런싱, 캐싱, DB 샤딩, 오토스케일링 등의 기법 활용.

2. 고가용성 및 신뢰성 (Availability & Reliability)
   중단 없는 서비스 제공, 장애 격리, 일관된 성능이 핵심이다. → 무중단 장애 복구, 복제, 오토힐링, 장애 테스트 (Chaos Engineering).

3. 탄력성 및 내결함성 (Resilience)
   예기치 않은 실패에 자동으로 대응하고, 시스템 자체가 복구 가능한 구조. → 재시도, 회로 차단기 (Circuit Breaker), 분리된 장애 영역 설계.

4. 자동화 및 관리 효율성 (Automation & Operational Efficiency)
   IaC, GitOps, 자동 배포로 운영 편의성과 일관성 확보.

5. 계층화 및 추상화 (Layering & Abstraction)
   하드웨어, 가상화, 플랫폼, 애플리케이션 계층으로 분리된 설계.

6. 관찰성 (Observability)
   시스템 전반에 실시간 모니터링·로깅·트레이싱이 가능해야 한다.

구조 및 아키텍처

flowchart LR
  subgraph PhysicalLayer
    A[Servers] --> B[Storage SAN/NAS]
    A --> C[Network Switch]
  end
  subgraph VirtualLayer
    C --> D[Hypervisor]
    D --> E[VMs]
  end
  subgraph ContainerLayer
    E --> F[Kubernetes Node]
    F --> G[Pods/Containers]
    F --> H[Service Mesh Proxy]
  end
  subgraph ControlPlane
    I[Kube‑API + Scheduler + etcd]
    I --> F
  end
  subgraph Services
    G --> J[Applications]
    G --> K[Metrics/Logs]
  end
  subgraph InfraTools
    L[Terraform / Helm] --> E
    L --> F
    L --> I
  end
  subgraph Observability
    K --> M[Prometheus / Grafana]
    K --> N[ELK]
    K --> O[Tracing]
  end
  subgraph NetworkServices
    C --> P[LB / Firewall / VPN]
    P --> G
  end

구현 기법

장점

단점과 문제점 및 해결방안

단점

문제점

도전 과제

분류 기준에 따른 종류 및 유형

실무 사용 예시

활용 사례

사례 1: 클라우드 기반 웹 서비스 인프라

시스템 구성:

• 웹 서버: AWS EC2
• 데이터베이스: RDS
• 스토리지: S3
• CDN: CloudFront
• DNS: Route53
• 서버리스: Lambda

Workflow: 사용자 요청 → CloudFront → EC2 → RDS → 응답
역할: 웹 서비스 제공, 트래픽 분산, 데이터 저장, 자동 확장, 보안 강화
다이어그램

 1
 2
 3
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 6
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 8
 9
10

[사용자]
   │
   ▼
[CloudFront]
   │
   ▼
[EC2]───[RDS]
   │
   ▼
[S3]

차이점: 기존 온프레미스는 직접 관리, 클라우드는 자동화 및 확장성 강화

사례 2: 웹 애플리케이션 인프라 자동화

시스템 구성 및 워크플로우

flowchart LR
  subgraph UserLayer
    A["Client (Web)"]
  end
  A --> B["DNS → Load Balancer (ELB)"]
  B --> C["Auto Scaling Group (EC2 or Containers)"]
  C --> D[(Application Servers)]
  D --> E[(RDS Database)]
  C --> F[(Redis Cache)]
  C --> G[(S3 for Static Files)]
  subgraph InfraManagement
    H[Terraform IaC] --> I[Deployment Plan]
    I --> J[AWS Resources Provision]
  end
  subgraph Monitoring
    D --> K[CloudWatch Logs & Metrics]
    F --> K
    E --> K
    K --> L[Grafana/AlertManager]
  end

• 사용자는 DNS 를 통해 ELB 에 접속
• ELB → 자동 확장 그룹의 서버에 요청 분배
• 서버는 애플리케이션 처리, RDS 와 Redis, S3 사용
• Terraform 기반 IaC 로 인프라 구조 정의 → AWS 리소스 자동 프로비저닝
• CloudWatch + Grafana 로 모니터링, 경고 설정

사례 3: Netflix 의 클라우드 네이티브 아키텍처

시스템 구성: Netflix 는 AWS 클라우드에서 완전한 마이크로서비스 아키텍처를 운영하며, 전 세계 2 억 3 천만 명의 사용자에게 스트리밍 서비스를 제공한다.

핵심 구성 요소:

• 마이크로서비스: 700 개 이상의 독립적 서비스
• 컨테이너 오케스트레이션: 자체 개발한 Titus 플랫폼 (쿠버네티스 기반)
• 서비스 디스커버리: Eureka
• API 게이트웨이: Zuul
• 회로 차단기: Hystrix
• 모니터링: Atlas, Kayenta

시스템 구성 다이어그램

graph TB
    subgraph "Netflix 클라우드 아키텍처"
        subgraph "사용자 계층"
            USER[사용자 디바이스]
            CDN[Content Delivery Network]
        end
        
        subgraph "API 게이트웨이 계층"
            ZUUL[Zuul Gateway]
            LB[Elastic Load Balancer]
        end
        
        subgraph "마이크로서비스 계층"
            AUTH[인증 서비스]
            CATALOG[카탈로그 서비스]
            RECOMMENDATION[추천 서비스]
            BILLING[결제 서비스]
            STREAMING[스트리밍 서비스]
        end
        
        subgraph "데이터 계층"
            CASSANDRA[Cassandra 클러스터]
            REDIS[Redis 캐시]
            S3[S3 스토리지]
        end
        
        subgraph "모니터링 계층"
            ATLAS[Atlas 메트릭]
            SPINNAKER[Spinnaker CI/CD]
            CHAOS[Chaos Engineering]
        end
    end
    
    USER --> CDN
    CDN --> LB
    LB --> ZUUL
    ZUUL --> AUTH
    ZUUL --> CATALOG
    ZUUL --> RECOMMENDATION
    ZUUL --> BILLING
    ZUUL --> STREAMING
    
    AUTH --> CASSANDRA
    CATALOG --> CASSANDRA
    RECOMMENDATION --> CASSANDRA
    BILLING --> CASSANDRA
    STREAMING --> S3
    
    CATALOG --> REDIS
    RECOMMENDATION --> REDIS
    
    AUTH --> ATLAS
    CATALOG --> ATLAS
    RECOMMENDATION --> ATLAS
    BILLING --> ATLAS
    STREAMING --> ATLAS

Workflow:

sequenceDiagram
    participant User as 사용자
    participant CDN as CDN
    participant Zuul as API Gateway
    participant Auth as 인증 서비스
    participant Catalog as 카탈로그 서비스
    participant Recommend as 추천 서비스
    participant Stream as 스트리밍 서비스
    participant Cache as Redis
    participant DB as Cassandra
    
    User->>CDN: 앱 실행
    CDN->>Zuul: 요청 라우팅
    Zuul->>Auth: 사용자 인증
    Auth->>DB: 사용자 정보 조회
    DB-->>Auth: 인증 결과
    Auth-->>Zuul: 토큰 발급
    
    Zuul->>Catalog: 콘텐츠 목록 요청
    Catalog->>Cache: 캐시 확인
    alt 캐시 히트
        Cache-->>Catalog: 캐시된 데이터
    else 캐시 미스
        Catalog->>DB: 데이터베이스 조회
        DB-->>Catalog: 콘텐츠 정보
        Catalog->>Cache: 캐시 업데이트
    end
    
    Catalog-->>Zuul: 콘텐츠 목록
    Zuul->>Recommend: 개인화 추천 요청
    Recommend->>DB: 사용자 기록 분석
    DB-->>Recommend: 추천 결과
    Recommend-->>Zuul: 개인화 콘텐츠
    
    Zuul-->>CDN: 통합 응답
    CDN-->>User: 개인화된 홈 화면
    
    User->>Stream: 비디오 재생 요청
    Stream->>CDN: 최적 서버 선택
    CDN-->>User: 스트리밍 시작

역할과 차이점

• Netflix 의 시스템이 담당하는 역할:
  • 서비스 복원력: Chaos Engineering 을 통한 장애 시뮬레이션으로 시스템 강건성 확보
  • 자동 확장: 트래픽 패턴에 따른 실시간 자동 스케일링
  • 글로벌 배포: 지역별 최적화된 콘텐츠 배포 네트워크
  • A/B 테스트: 실시간 실험을 통한 사용자 경험 최적화
• 기존 모놀리틱 아키텍처와의 차이점:
  • 독립 배포: 각 서비스의 독립적 개발과 배포로 개발 속도 10 배 향상
  • 기술 다양성: 서비스별 최적 기술 스택 선택 (Java, Python, Node.js 등)
  • 장애 격리: 한 서비스 장애가 전체 시스템에 미치는 영향 최소화
  • 팀 자율성: 작은 팀들이 완전한 소유권을 가지고 서비스 관리

실무에서 효과적으로 적용하기 위한 고려사항 및 주의할 점

최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점

• 보안, 환경 분리, 배포 안정성, 네이밍/태깅, 문서화는 인프라 실무 적용의 핵심 고려사항이다.
• 산출 기반 오토스케일링, 예약/스팟 인스턴스 조합, TLS 적용, 멀티 리전 전략, 추적성 확보 등의 최적화사항은 운영 효율성과 비용, 보안 관점에서 주목해야 한다.
• 기타로 FinOps, 엣지, 플랫폼 엔지니어링, DR 자동화, 기술 부채 관리 등 장기적 안정 운영을 위한 추가 전략들이 중요하게 고려되어야 한다.

주목할 내용

주제와 관련하여 반드시 학습해야할 내용

용어 정리

참고 및 출처

• Modern Web Application Architecture in 2025
• Understanding Backend Architecture - DEV Community
• IT Infrastructure Architecture Nuances and Best Practices
• Modern IT Infrastructure - Arvato Systems
• The Growth of Containers and Kubernetes Architecture in Cloud Deployment
• Kubernetes Official Documentation
• Microservices Architecture on Azure Kubernetes Service
• Top Scalability Patterns for Distributed Systems
• How to Scale a Distributed System
• DevOps Monitoring Best Practices
• Serverless Computing Trends 2025
• Edge Computing Trends 2025
• Database Scalability Guide - ScyllaDB
• The Architecture of Open Source Applications - Scalable Web Architecture
• Distributed System Architecture Guide - BairesDev
• Cloud Computing Trends 2025 - CNCF
• AWS DevOps Project: CI/CD, IaC, Mesh, Monitoring
• Microservices and Containerization Guide - AquaSec
• Infrastructure Engineering Explained - Splunk
• Understanding IT Infrastructure - Acceldata
• NIST Enterprise Architecture Model - Wikipedia
• Configuration Management Database - Wikipedia
• Infrastructure as Code - Wikipedia
• Data Center Security - Wikipedia
• IT Infrastructure Management - Techlocity
• Discover the Meaning of IT Infrastructure - Sumo Logic
• Scalability, Availability, and Reliability - LinkedIn Pulse
• Virtual Machine Architecture - Scale Computing
• Technology Architecture Layer Explanation - ITArchInfo
• IT Infrastructure Guide - Red Hat
• Immutable Infrastructure Explained - CNCF
• Infrastructure as Code 개념 정리 - 요즘IT
• ITIL Framework Guide - Atlassian
• 시스템 성능관리 지침 - CISP
• System Context Diagram - ProcessOn